“信號與系統(tǒng)”層次化課堂教學改革探索

摘要：針對當前學生的分布情況實際，就“信號與系統(tǒng)”層次化課堂教學改革進行了探討，給出了層次化教學設計的實施原則，并詳細闡釋了教學內容設計、課堂講授設計、作業(yè)布置和考核設計等方面所做的改革探索，實踐證明這些教改措施是可行且有效的。

關鍵詞：信號與系統(tǒng)；層次化；課堂教學改革

作者簡介：常樹旺（1976-），男，山東泰安人，山東大學（威海）機電與信息工程學院，講師；井巖（1976-），女，黑龍江牡丹江人，哈爾濱工業(yè)大學（威海）信息與電氣工程學院，講師。（山東#8194;威海#8194;264209）

基金項目：本文系2012年山東省高等學校精品課程（課題編號：2012BK183）、山東大學（威海）2013年度校級教學改革立項項目（項目編號：B201316）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）14-0116-02

在電子信息科學與技術和通信工程等專業(yè)中，“信號與系統(tǒng)”是一門承上啟下的關鍵性專業(yè)基礎課，將直接影響到后續(xù)的“數字信號處理”、“通信系統(tǒng)原理”等課程的學習。該課程內容豐富，理論性較強，要求較高。近年來國內外許多高校都圍繞如何提高“信號與系統(tǒng)”的教學質量，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力進行了大量的研究與改革，如美國麻省理工學院（MIT）2003年開始的開放課件項目（MIT OCW）；[1，2]國內的北京交通大學（陳后金教授主持）、東南大學（孟橋教授主持）等已把該課程建設成為國家級精品課程。[3]近幾年來，山東大學（威海）（以下簡稱“我校”）也加大了該課程的建設力度，并已被評為2012年度山東省精品課程。本文僅闡釋一下近年來我校進行的“信號與系統(tǒng)”層次化課堂教學改革探索。

一、層次化教學的必要性

我校的“信號與系統(tǒng)”是安排在大二春季學期開設，經過了1年半的大學學習后，學生的學習情況和對大學的認識已經出現了很大的分化，基本確定了畢業(yè)后的去向，有的要立志考研繼續(xù)深造，有的要找個好單位去工作，有個別的還要考慮什么時候才能畢業(yè)。此時如果還是按同樣的標準和要求進行教學，顯然是不太合適的，如何更好地因材施教，既能讓成績上游的學生感到“不餓”，又能讓下游的學生感到“不脹”呢？開展層次化教學就顯得尤為必要了。

二、層次化教學設計的實施原則

層次化教學就是根據學生實際，把全體學生分成不同層次的分組，每組采取不同的策略，滿足不同層次學生的需求，進而提高學生的全面素質。開展層次化教學設計既要遵循教學大綱的要求，又要兼顧學生的接受程度和自尊心理，既要注重基礎，又要兼顧學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。近年來筆者進行了一系列改革探索嘗試，本著“夯實基礎、側重方法、學以致用、開拓創(chuàng)新”的指導思想，基于學生呈現的“451”分布情況，基本形成了“一二三”臺階式教學內容劃分和對應的“三二一”教學比重要求。

全面掌握學生的情況是進行教學內容層次化設計的基礎。根據近幾年的統(tǒng)計，我校的電子和通信專業(yè)學生大體呈現4∶5∶1的分布，即每年大約40%的人參加考研，而這些人中大約有80%的要考“信號與系統(tǒng)”（要么初試，要么復試）；50%的第一選擇是找份好工作，而剩下的約10%是正常畢業(yè)有困難的。基于此，筆者把整體教學內容分為“三”階，如圖1所示。

圖1中臺階寬度代表了比重關系。第“一”階是指基礎階，包括基本概念、基礎知識、基本思維方法和問題求解方法，這些是面向全體學生的，比重約占六分之三；第“二”階，是指提高階，面向就業(yè)和考研群體，比重約占六分之二；第“三”階，是指延拓階，主要面向學有余力而可能考研上線、認真鉆研的學生，重在點撥、引導，盡量把他們的創(chuàng)新潛力激發(fā)出來，比重約六分之一。

三、層次化教學設計的實施方案

層次化課堂教學涉及到教學內容、教學目標、課堂講授、作業(yè)布置和考核等諸多方面，是一項復雜的系統(tǒng)工程。經過一段時間的探索，筆者初步形成了以下的方案。

1.教學內容設計

本課程的教學內容可以概括為“信號”與“系統(tǒng)”兩大相關聯的知識體系，二者的關系如圖2所示。其中“信號”部分包含的知識模塊可歸納為表1所示（注：限于篇幅未給出“系統(tǒng)”部分知識模塊表）。

表1#8194;“信號”知識體系模塊組成表

基本知識：定義、描述、分類、基本運算等

卷積（和）：定義、性質、求解

傅里葉變換

（FT）周期信號傅里葉級數（FS）

FT定義、性質、部分典型信號的FT

抽樣定理

傅里葉逆變換（IFT）

拉普拉斯變換

（LT）定義、性質、常用信號的單邊LT

拉普拉斯逆變換（ILT）

z變換（ZT）定義、性質、常見信號ZT

逆z變換（IZT）

DTFT定義、收斂條件、基本性質

接下來要對“信號”和“系統(tǒng)”中的每個模塊實行“一二三”臺階式劃分和相應“三二一”要求，并力求每個臺階內容知識體系的完整性，表2給出了“信號”部分的“拉普拉斯變換”模塊劃分情況。

表2#8194;拉普拉斯變換（LT）模塊層次化劃分表

知識模塊第一階第二階第三階

定義單邊LT雙邊LT及ROC

LT性質線性、原函數微分、延時、尺度、初值、終值、時域卷積原函數積分、s域平移、s域卷積對s微分、對s積分

常用信號的單邊LTδ(t)、u(t)、e-αt、sin(ωt)、cos(ωt)e-αtsin(ωt)

e-αtcos(ωt)tne-αttsin(ωt)

tcos(ωt)

sinh(αt)

cosh(αt)

ILT定義、部分分式展開法求解（單根）共軛復根、重根留數法求解

2.課堂講授設計

課堂講授中重點關注三個方面：

（1）層次化備課。根據上述的層次化教學內容設計，盡量為每個群體量身定做，在課堂知識容量上分層次準備，包括知識點、課堂提問、例題講解等。

（2）時間分配。每個學時50分鐘，基本按照25+15+10的比例進行分配（受章節(jié)內容限制不同學時時間分配上會略有不同），即講授基本內容的時間合計約25分鐘，講授提高內容用時約15分鐘，用約10分鐘進行延拓，主要是拋出問題，引發(fā)思考，或者引入某些開闊思路的習題和資料。

（3）層次標注。如果是板書，就用不同數量的“☆”標注出來。如果用多媒體課件的話，就用不同顏色來代表不同層次要求。這樣，不同群體的人可以根據自身情況自己確定應該關注哪些內容。

3.作業(yè)布置設計

通過做作業(yè)可以讓學生加深對相關知識點的認識和理解，通過批閱作業(yè)可以發(fā)現學生的問題和教學中的問題，是一種很好的獲取反饋信息的途徑。因此對于作業(yè)的布置筆者也采取了區(qū)別對待的策略，對于課后作業(yè)，盡管不同章比例不盡相同，但都大體按照3：2：1的比例布置作業(yè)：“3”對應基礎部分，“2”對應提高部分，“1”對應延拓部分。如第三章傅里葉變換的課后習題，[4]“3”包括：3-1，2，17，19，21，23，31和37；“2”包括：3-6，29，36，38和39；“1”包括：3-10和41。另外根據學生情況，針對就業(yè)群體特別是考研群體，筆者還會安排少量的課外習題（如部分高校的往年考研題）或討論，以進一步滿足部分學生的學習需求。

4.考核設計

近年來，筆者采取了多元化與層次化相結合的考核方式。多元化是指考核由平時（10%）+實驗（20%）+期中（30%）+期末（40%）等4部分組成，每部分都采取層次化設計，如實驗分為基礎實驗、提高實驗和綜合延伸實驗。盡管期中與期末考核均采用閉卷筆試的形式，但充分考慮學生實際在試卷內容設計上本著“721”的原則，即70%是基礎部分，20%是對應提高部分，10%用于拔高；同時還注意客觀題和主觀題的比例，一般按1：1原則設置。

四、實施效果

開展層次化教學改革，每年都會面臨來自校、院教育教學體系改革以及來自學生知識基礎、求學觀念改變等方面的挑戰(zhàn)，可謂“任重而道遠”。經過了幾年的努力，筆者的實施方案越來越得到了大家的認可，根據學校教務處每學期都組織的學生評教來看，對這門課程很多學生給出了“層次清晰”、“重點突出”、“學起來并不像傳說中的那么累”等評價，而且從近幾次的考核來看，學生的總體成績也穩(wěn)步提高。當然筆者的教學改革也并不是完美的，例如就曾有個別學生反映對考研學生照顧不夠，應該適當增加延拓部分內容。

五、結束語

“信號與系統(tǒng)”層次化課堂教學改革是基于當前學生的實際而實施的，本著由系統(tǒng)到局部自上而下的原則，首先進行了知識體系架構，然后對每個模塊進行了合理的層次化設計。

這種層次化的教學策略滿足了不同學生群體的求知需求，合理地分解了他們的學業(yè)負擔，符合“因材施教”的原則，同時也利于學生正常的心理健康成長，增強了不同學生的自信心和學習積極性，分層次教學也有利于培養(yǎng)學生的積極探索、主動求知、開拓創(chuàng)新的能力，有利于教學質量和學生素質的提高。經過幾次的實踐證明，筆者的初步實施方案總體上是成功的和有效的。同時筆者也將繼續(xù)努力，迎接出現的新挑戰(zhàn)，使這一改革更加完善。

參考文獻：

[1]美國麻省理工學院“開放式課程網頁計劃”[EB/OL].http://ocw.mit.edu/index.htm.

[2]張峰，項軍華，韓大鵬，等.MIT本科教學活動的若干特點及啟示[J].高等教育研究學報，2010，33(1):62-64.

[3]東南大學國家精品課程資源庫[EB/OL].http://jpkc.seu.edu.cn/lib/seu/search-byletter.do?pageId=6letter=XcurrentPage=6showLevel=0turnStyle=nextorder.

[4]鄭君里，應啟珩，楊為理.信號與系統(tǒng)[M].第三版.北京:高等教育出版社，2009.

（責任編輯：王意琴）